Ένα μείζον ζήτημα που καλείται να αντιμετωπίσει η επιστήμη των υπολογιστών στην σύγχρονη εποχή είναι η επιτάχυνση των εφαρμογών υπολογιστικού νέφους με ταυτόχρονη μείωση της απαιτούμενης καταναλισκόμενης ενέργειας για την εκτέλεση αυτών. Για το λόγο αυτό, η βιομηχανική και επιστημονική κοινότητα έχει στραφεί στην μελέτη και χρησιμοποίηση εναλλακτικών αρχιτεκτονικών και τεχνικών υπολογισμού. Πρόσφατα, μεγάλο ενδιαφέρον έχει προσεγγίσει η χρησιμοποίηση και διερεύνηση επαναδιαμορφούμενων επιταχυντών υλικού, καθώς επίσης και η τεχνική του προσεγγιστικού υπολογισμού.

 

Οι επαναδιαμορφούμενοι επιταχυντές υλικού χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως για την επιτάχυνση των υπολογιστικά πολύπλοκων συναρτήσεων των εφαρμογών προσφέροντας σημαντική επιτάχυνση στην εκτέλεση της εφαρμογής καθώς και μείωση της καταναλισκομένης ισχύος. Από το 2010 και μετά, υπάρχει μια έξαρση στην έρευνα που διεξάγεται στον τομέα των τεχνικών του προσεγγιστικού υπολογισμού. Ο προσεγγιστικός υπολογισμός μπορεί να εφαρμοστεί τόσο στο λογισμικό όσο και στο υλικό, και χαλαρώνοντας την ακρίβεια των υπολογισμών (σε αποδεκτά ανά εφαρμογή πλαίσια), προσφέρει εξαιρετικά αποτελέσματα (μεγαλύτερα του 50%) τόσο στην επιτάχυνση όσο και στην μείωση της κατανάλωσης των εφαρμογών και των κυκλωμάτων. Στα πλαίσια της παρούσης ερευνητικής ομάδας, στοχεύοντας στην μόχλευση των δυνατοτήτων και πλεονεκτημάτων των ετερογενών υπολογιστικών αρχιτεκτονικών και του προσεγγιστικού υπολογισμού, προτείνουμε μια αυτοματοποιημένη μεθοδολογία παραγωγής και εκτέλεσης δεδομενο-κεντρικών πολυ-επίπεδων προσεγγιστικών ισοδύναμων εφαρμογών για ετερογενείς πλατφόρμες υπολογισμού. Σε αντίθεση με τις υπάρχουσες μεθοδολογίες στην επιστημονική βιβλιογραφία, η προτεινόμενη μεθοδολογία εφαρμόζει πολύ-επίπεδες προσεγγιστικές τεχνικές. Πιο συγκεκριμένα, στοχεύοντας στην αξιοποίηση των δυνατοτήτων τόσο των προσεγγιστικών τεχνικών σε επίπεδο λογισμικού αλλά και σε επίπεδο υλικού, θα δημιουργηθεί μια βιβλιοθήκη όπου θα συλλεχθούν απ’ την αντίστοιχη βιβλιογραφία οι βέλτιστες, σε κάθε επίπεδο, τεχνικές και θα εφαρμοστούν σε κάθε εφαρμογή, αυτές που αποφέρουν τον καλύτερο συνδυασμό σφάλματος-επιτάχυνσης-μείωση κατανάλωσης ενέργειας. Επίσης, για την περαιτέρω αύξηση της απόδοσης της προτεινόμενης μεθοδολογίας και την επίτευξη καλύτερων λύσεων, δηλαδή ακόμα μεγαλύτερη επιτάχυνση και μείωση της κατανάλωσης, μέσα στα όρια του επιτρεπόμενου σφάλματος, οι προσεγγιστικές τεχνικές που εφαρμόζονται είναι δεδομενο-κεντρικές. Δηλαδή, κατά τη διάρκεια εκτέλεσης της εφαρμογής, για κάθε διαφορετική είσοδο επιλέγονται εκείνες οι προσεγγιστικές τεχνικές που για την συγκεκριμένη είσοδο επιτυγχάνουν τα μεγαλύτερα κέρδη, ικανοποιώντας παράλληλα το όριο σφάλματος που έχει θέσει ο χρήστης. Επιπροσθέτως, κρίσιμο σημείο στην αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας είναι ότι εφαρμόζεται αυτοτελώς και αυτοματοποιημένα, απαλλάσσοντας έτσι τον προγραμματιστή από τον αυξημένο φόρτο της σχεδίασης προσεγγιστικών εφαρμογών, ειδικά όταν αυτές απευθύνονται σε ετερογενείς πλατφόρμες υπολογισμού. Η αυτοματοποίηση της μεθοδολογίας επιτυγχάνεται μέσω μιας φάσης εκπαίδευσης η οποία για κάθε εφαρμογή ανιχνεύει τα σημεία που μπορούν να εφαρμοστούν οι προσεγγιστικές τεχνικές και με τη χρησιμοποίηση εκτιμητών και μηχανικής μάθησης μοντελοποιεί τόσο το σφάλμα όσο και τα αντίστοιχα κέρδη της εφαρμογής και μέσω ενός ευρετικού επιλητή βρίσκει τον βέλτιστο συνδυασμό προσεγγιστικών τεχνικών και τελικά παράγει έναν ελεγκτή ο οποίος στη διάρκεια της εκτέλεσης αποφασίζει ποιες προσεγγιστικές τεχνικές θα εφαρμοστούν σε κάθε νέα είσοδο. Η αποτελεσματικότητα της αυτοματοποιημένης μεθοδολογίας θα ποσοτικοποιηθεί με τη χρήση μιας πλατφόρμας αιχμής, η οποία προτείνεται από την εταιρεία Maxeler, και χρησιμοποιεί τόσο συμβατικούς υπολογιστές όσο και πλειάδες επιταχυντών υλικού. Τέλος, λόγω της ετερογένειας της πλατφόρμας υλοποίησης, αλλά και τις ανάγκης για γρήγορη προτυποποίηση και προσομοίωσης της εφαρμογής (κατά τη φάση εκπαίδευσης) εξαιτίας του μεγάλου όγκου των δεδομένων εισόδου και των διαφορετικών προσεγγιστικών τεχνικών και συνδυασμών τους που μπορούν να εφαρμοστούν, θα χρησιμοποιηθεί μια επέκταση της βραβευμένης από την Cadence πλατφόρμας συν-προσομοίωσης υλικού και λογισμικού με το ακρωνύμιο Plug&Chip, η οποία έχει αναπτυχθεί με ιδίους πόρους από μέλη της ερευνητικής ομάδας.